(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンの耐久性を低下させることなく、また、十分な量の排気ガスを再循環させ、簡便かつ、効果的に、自動車エンジンの排気ガスＮＯｘを低減する。【解決手段】自動車エンジンの排気ガスの一部を、排気通路にある黒鉛除去装置の下流の箇所であって大気開放する直前の箇所から分岐した後、それをエンジンのインテークマニホールドの上流に再循環する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車エンジンの排気ガスの一部を、排気通路に設けられた黒鉛除去装置の下流の箇所であって大気開放する直前の箇所から分岐した後、さらにそれを排気ガス再循環通路によりエンジンのインテークマニホールドの上流に再循環する自動車エンジンのNOｘ低減方法。
【請求項２】
請求項１のNOｘ低減方法であって、前記排気ガス再循環通路は、前記エンジンの気筒数と同じ数の複数の配管によりなり、前記複数の配管によりエンジンのインテークマニホールドの各マニホールドごとにそれぞれ再循環する自動車エンジンのNOｘ低減方法。
【請求項３】
自動車の排気ガスを分岐した後、さらに、騒音防止装置を通過させてからエンジンに再循環することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車エンジンのNOｘ低減方法。
【請求項４】
前記排気ガス再循環通路が３〜１５ｍである、請求項１〜３記載の自動車エンジンのＮＯｘ低減方法。
【請求項５】
排気通路に黒鉛除去装置を有するととともに、前記黒鉛除去装置の下流の箇所であって大気開放する直前の箇所に接続した排気ガス再循環通路を有して、該排気ガス再循環通路により排気ガスの一部をインテークマニホールドの上流に再循環する自動車エンジンのNOｘ低減装置。
【請求項６】
請求項５記載のNOｘ低減装置であって、前記排気ガス再循環通路は、エンジンの気筒の数と同じ数の複数の排気ガス再循環通路よりなり、該排気ガス再循環通路により排気ガスの一部をインテークマニホールドの各マニホールドごとにそれぞれ再循環する自動車エンジンのNOｘ低減装置。
【請求項７】
前記排気ガス再循環通路の途中に騒音防止装置を設けたことを特徴とする請求項５又は６記載の自動車エンジンのＮＯｘ低減装置。
【請求項８】
前記排気ガス再循環通路が３〜１５ｍである請求項５〜７記載の自動車エンジンのＮＯｘ低減装置。
【請求項９】
請求項５〜８記載のNOｘ低減装置を備えた自動車エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、NOｘという。）、特に既存のディーゼル自動車エンジンのNOｘを、簡便かつ効果的に、低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平成１４年にいわゆるNOｘPM法が成立施行されて以来、自動車、特に既存のディーゼル自動車は、その排出するNOｘを指定値以下にすることが必要となった。同法によると、低減できない自動車は指定地域で登録された車両に関し、乗ることができないからである。
【０００３】
このような自動車の排気ガスに含まれるNOｘを低減する技術の一つに、EGR（Exhaust Gas Recirculation）（排気ガス再循環）がある。これは、エンジンの排気ガスが黒鉛除去装置に入る前の４００℃以上の高温のガスをエンジンの吸気系に再循環するものである。
【０００４】
この技術の特徴は、排気ガスに含まれるＮ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2などのいわゆる不活性ガスを、吸気系に再循環させて空気とともに自動車エンジンで燃焼させると、最高燃焼温度を低下させることができるので、高温下での燃焼で発生するＮＯｘの生成を抑制できることにある。また、この技術では、NOｘが低減されるだけでなく、排気ガスに含まれる黒鉛も再度エンジン内で燃焼されるメリットがある。
【０００５】
しかしながら、この技術は、高温の排気ガスをエンジンの吸気系に戻すため、再循環して得られる排気ガスの量が少なく再循環の効果が出にくいこと、再循環する排気ガスに黒鉛が含まれているのでエンジンの異常燃焼が発生しやすいこと、また、排気ガスに含まれる黒鉛は硬度が大きいことからエンジンの摺動部を磨耗させエンジンの耐久性が低下することなどの課題があった。
【０００６】
そこで、再循環される排気ガスに黒鉛が含まれる点を解決するため、黒鉛除去装置を設け、その下流側の排気ガスを吸気系に再循環する技術が考えられた（特許文献１参照）。この技術は、エンジンの燃焼で生じた黒鉛などのパティキュレートを、排気管に設けられたＤＰＦ（黒鉛除去装置）によって捕集し、黒鉛が除去されてクリーンになった排気ガスをエンジンの吸気系に戻すものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−９１３２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この技術によっても、再循環される排気ガスの温度がまだ高いため、低温にした十分な量の排気ガスを吸気系に戻すことが難しかった。
【０００９】
そこで、十分な量の排気ガスを再循環する目的で、高温のガスを戻さないようにするために、排気ガスを冷却してからエンジンの吸気系に再循環するいわゆるcooled EGRという技術がある。しかし、これには冷却のためのラジエータや冷却水を必要とし、エンジンに余計な設備を備える必要があるもので、初期コストが高くなるばかりでなく、メンテナンスの手間も必要となり、既存の自動車に適用するには大掛かりな改造が必要となる。その上、再循環される排気ガス中に黒鉛が混入する欠点は改善されていない。したがって、既存の自動車に対して、NOｘ低減が簡便にできるよう改良が望まれていた。
【００１０】
この発明は、このような従来事情に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、エンジンの耐久性を低下させることなく、また、十分な量の排気ガスを再循環させ、簡便かつ効果的に、NOｘを低減させる、自動車エンジンの排気ガスNOｘ低減方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明は、自動車エンジンの排気ガスの一部を、排気通路にある黒鉛除去装置の下流の箇所であって大気開放する直前の箇所から分岐した後、それをエンジンのインテークマニホールドの上流に再循環する自動車エンジンのNOｘ低減方法である（請求項１）。
【００１２】
排気通路とは、エンジンの排気ガスが通過する通路をいう。
ここでいう黒鉛除去装置は、自動車エンジンからの排気ガスに含まれる黒鉛等のパティキュレートを捕集するための公知のフィルターであり、いわゆるDPF（Diesel Particulate Filter）といわれるものも含む。また、エンジンは、ディーゼルエンジンが好適であるが、黒鉛除去装置を備える自動車であれば、ガソリンエンジンであっても、差し支えない。
大気開放する直前の箇所とは、排気ガスがサイレンサーや触媒コンバータなどを通過し終わったあとの、排気を大気開放する直前の排気通路の箇所をいい、おおむね排気口から１ｍ以内をいう。
【００１３】
また、この発明は、前記排気ガス再循環通路が、前記エンジンの気筒数と同じ数の複数の配管によりなり、前記複数の配管によりエンジンのインテークマニホールドの各マニホールドごとにそれぞれ再循環することが望ましい。吸気タイミングは気筒ごとに異なるところ、気筒ごとに必要な排気ガスを独立に再循環できるからである。（請求項２）
【００１４】
排気ガスを再循環する際に用いる排気ガス再循環通路の配管は、銅パイプ、ステンレスパイプ等、排気ガスの熱に対する耐熱材料が用いられ、圧力の損失がなく、冷却性の点から熱伝導性の良好なものであれば、いずれでもよい。
排気ガス再循環通路の配管は、再循環される排気ガスの冷却を強化するために、水冷タンクを設け、その中に通すことにより、熱交換できるようにしてもよい。
【００１５】
また、この発明は、排気ガスを分岐した後、さらに騒音防止装置を通過させてからエンジンに再循環することを特徴とする(請求項３)。インテークマニホールドの脈動により、排気ガス再循環通路を構成する配管にうなりが生じ、騒音を発生することがあることから、これを防止するために、脈動を吸収するものである。例えば、邪魔板を設けたバッファー区間を排気ガス再循環通路に設けることで、騒音防止装置とすることができる。
【００１６】
また、この発明は、排気ガス再循環通路が３〜１５ｍであることが好ましい（請求項４）。
再循環通路は、３ｍ以下では、排気ガスの温度が十分低下しないので適当でない。また、１５ｍ以上であると、再循環される排気ガスの量が減少するので、適当でない。したがって、３mから１５ｍの範囲が適当であり、５ｍから１２ｍがさらに好ましい。
【００１７】
また、この発明は、排気通路に黒鉛除去装置を有するととともに、前記黒鉛除去装置の下流の箇所であって大気開放する直前の箇所に接続した排気ガス再循環通路を有して、該排気ガス再循環通路により排気ガスの一部をインテークマニホールドの上流に再循環する自動車エンジンのNOｘ低減装置である（請求項５）。
【００１８】
排気ガス再循環通路とは、排気ガスを再循環させるためにエンジンのインテークマニホールドに排気ガスが戻る通路であって、排気通路の黒鉛除去装置の下流側で大気開放する直前の排気通路の排気系からの分岐箇所からエンジンの吸気系に至るものをいう。
自動車エンジンとしては、ディーゼルエンジンが好適であるが、黒鉛除去装置を備えるエンジンであれば、ガソリンエンジンでも差し支えない。
【００１９】
また、この発明は、排気ガス再循環通路が、エンジンの気筒の数と同じ数の複数の排気ガス再循環通路よりなり、該排気ガス再循環通路により排気ガスの一部をインテークマニホールドの各マニホールドごとにそれぞれ再循環することが望ましい（請求項６）。吸気タイミングは気筒ごとに異なるところ、気筒ごとに必要な排気ガスを独立に再循環できるからである。
【００２０】
また、この発明は、排気ガス再循環通路の途中に、さらに、騒音防止装置を設けることが望ましい。（請求項７）。インテークマニホールドの脈動により、排気ガス再循環通路を構成する配管にうなりが生じ、騒音を発生することがあるから、これを防止するために、脈動を吸収するものである。例えば、邪魔板を設けたバッファー区間を排気ガス再循環通路に設けることで、騒音防止装置とすることができる。
【００２１】
また、この発明は、前記排気ガス再循環通路が３〜１５ｍである（請求項８）。再循環通路は、３ｍ以下では、再循環される排気ガスの温度が十分低下しないので適当でなく、また、１５ｍ以上であると、再循環される排気ガスの量が減少するので、適当でない。したがって、３mから１５ｍの範囲が適当であり、５ｍから１２ｍがさらに好ましい。
【００２２】
また、この発明は、請求項5から8記載のNOｘ低減装置を備えた自動車エンジンである（請求項９）。自動車エンジンとしては、ディーゼルエンジンが好適であるが、黒鉛除去装置装置を備えるエンジンであれば、ガソリンエンジンであっても差し支えない。
【発明の効果】
【００２３】
この発明は、以上のような手段で構成されているので、再循環される排気ガスをクリーンでかつ低温にすることができ、この排気ガスを十分な量、エンジンの吸気系に戻すことができる。また、再循環される排気ガスの量をバルブ等で制御する必要もない。したがって、既存の自動車の排気ガスに含まれるNOｘを簡便かつ、効果的に低減できる。
また、再循環通路に騒音防止装置が設けられていることにより、吸気によるインテークマニホールドからの空気の脈動があっても、配管に生ずるうなりによる騒音が防止できる。したがって、静粛な排気ガスNOｘの低減が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２５】
（実施例１）
図１は、本発明の第１実施例であるNOｘ低減装置１を備える自動車エンジン２とそれに関する構成を示すブロック図である。この自動車エンジン２は、たとえば、ディーゼルエンジンであり、使用燃料は軽油である。吸気口３から吸気管４に吸入される外気は、吸気管４に設けられるスロットル弁５によってエンジン出力調整のための空気の吸入量が制限された後、インテークマニホールド６へ吸入される。インテークマニホールド６は、各気筒ごとに分かれるマニホールド６a、６b、６c、６dからなり、これらを経由して外気は燃焼室で圧縮され、燃料噴射弁（図示しない）から噴射された燃料が、燃焼する。
【００２６】
燃焼によって生じた排気ガスは、エグゾーストマニホールド８でまとめられ、排気通路１４にある触媒コンバータ９及びサイレンサー１０を通過して、その下流側にある黒鉛除去装置１１を経て排気口１２から排気される。この経過において、黒鉛除去装置１１で、排気ガスに含まれる黒鉛などのパティキュレートが捕集される。黒鉛除去装置１１は、自動車エンジンからの排気ガスに含まれる黒鉛等のパティキュレートを捕集するための公知のフィルターである。また、サイレンサー１０は、排気騒音を防止する公知のものである。
【００２７】
排気通路１４において排気口１２直前の排気系からの分岐箇所１６には、分岐する排気ガス再循環通路１５が連通して設けられている。排気ガス再循環通路１５は、ステンレス製のフレキシブルホースでできており、その径は概ね３３ｍｍである。
【００２８】
排気ガス再循環通路１５の排気系からの分岐箇所１６と吸気系への接続箇所１７の途中には、吸気系への接続箇所寄りにサージタンク１３、排気系からの分岐箇所１６寄りに騒音防止装置７が設けられている。
【００２９】
騒音防止装置７は、図３に示すように再循環通路１５に膨出部のバッファー区間を設け、このバッファー区間に脈動防止板７０となる邪魔板を設置する構成のものである。実際には、ホースの一部に長さ８０ｍｍに亘って、その径を１２０ｍｍに膨張させて膨出部のバッファー区間を設けたものに、その吸気系側から２０ｍｍのところに、幅７０ｍｍの脈動防止版７０となる邪魔板を設置したものである。エンジンへの吸気に脈動が生じても、この脈動防止板７０により気体の振動の伝達がさえぎられ、再循環通路１５にうなりを生じないようにしたものである。この脈動防止板７０の幅は、再循環通路１５を構成する配管の径より、大きいことが望ましい。ただし、脈動防止板７０の設置箇所でも配管の断面積は、確保されるようにする必要がある。これにより、消音機能が十分働くからである。
【００３０】
サージタンク１３は、エンジンの吸気脈動を防止する沈静タンクであって、エンジンの各気筒の干渉を防止する機能を果たすものである。
【００３１】
騒音防止装置７、サージタンク１３を通過して吸気系に再循環された再循環通路１５の排気ガスは、吸気管４における吸気系への接続箇所１７において空気と混合され、インテークマニホールド６を通過して自動車エンジン２の各気筒に供給される。排気ガスと空気とが混合されると、排気ガスに含まれるＮ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2などのいわゆる不活性ガスの作用で、自動車エンジンの最高燃焼温度を低下させることができ、これによって、高温燃焼時に多く生成されるNOｘを低減することができる。
【００３２】
この発明を排気量３２９８ｃｃのディーゼル自動車エンジン（三菱自動車社製、エンジン形式４D３０過流式、車両総重量４１０５ｋｇ）に適用し実施した結果、D13モードでNOｘを測定したところ、３．９９ｇ／ｋｗｈ値を得た。
なお、この測定は、排ガス測定について(株)堀場製作所のMEXA−４４１Nを使用し、エンジンの動力測定について(株)バンザイのBCD−３００EDを使用した。これに対し、この発明の方法及びその装置を適用しない場合は、８．７９ｇ／ｋｗｈである。
一方、NOｘPM法の規制値は、車両総重量3.5ton以上のディーゼル自動車では、５．９ｇ／ｋｗｈであるので、この発明の実施例では、規制値をクリアする効果を得ている。
【００３３】
上述のように、本実施例では、排気ガスの排気系からの分岐箇所１６が、黒鉛除去装置１１の下流側であって大気開放される直前に設けてあるから、吸気系に再循環される排気ガスにパティキュレートはほぼ含まれず、クリーンでかつ排気系からの分岐箇所１６において温度が２００℃程度に低下した排気ガスが再循環される。したがって、パティキュレートに起因するエンジンの劣化を抑制できるだけでなく、十分な量の排気ガスを再循環することができるので、簡便で効果的に、NOｘを低減できることになる（図１）。
【００３４】
上述した実施例においては、吸気系への接続箇所１７および排気系からの分岐箇所１６は、それぞれ、自動車のエンジンルームがある前部と、排気口１２のある後部に置いた。これにより、排気系からの分岐箇所１６から吸気系への接続箇所１７までの再循環通路１５の長さが６ｍ程度になるので、さらに、再循環通路１７における空冷の効果が加わり、吸気系への接続箇所１７に至るころには、排気ガスの温度は１００℃程度に下がり、さらに十分な量の排気ガスを再循環させることができる。
また、騒音防止装置を設けることにより、騒音防止装置なしでは、１０６ｄBの騒音レベルであったものが、１０３ｄB以下にすることができる。
【００３５】
（実施例２）
図２は、本発明の第２実施例を示すものであって、排気ガス再循環装置１を備える自動車エンジン２とそれに関する構成とを示すブロック図である。本実施例は、前述の第１実施例と類似の構成であるので、同一の構成部品には同一の符号を用いることにする。実施例１との違いは、排気ガス再循環通路１５a、１５b、１５c、１５dが、エンジンの気筒の数と同数設けられ、吸気系の各マニホールド６a、６b、６c、６dごとに再循環するようにした点と、サージタンク及び騒音防止装置を省略した点であり、その他は、実施例１と同じである。
【００３６】
なお、本実施例の場合は、４気筒エンジンであるので、４つの再循環通路を設けているが、これが、３気筒エンジンであれば、３つの再循環通路、６気筒エンジンであれば、６つの再循環通路を設けることになる。
これによって、再循環される排気ガスに含まれるパティキュレートは黒鉛除去装置１１で除去され、クリーンで、かつ、排気系からの分岐箇所１６において２００℃程度の低温となった排気ガスが各マニホルドごとに排気ガス再循環通路１５a、１５b、１５c、１５dにより再循環されるので、排気ガスと空気とが混合され、排気ガスに含まれるＮ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2などのいわゆる不活性ガスの作用で、自動車エンジンの最高燃焼温度を低下させることができ、これによって、高温燃焼時に多く生成されるNOｘを低減することができる。
【００３７】
本実施例を排気量４２１４ｃｃのディーゼル自動車エンジン（三菱自動車社製エンジン形式４D33直噴式、車両総重量４３７５ｋｇ）に適用し、D13モードでNOｘを測定したところ、４．７２ｇ／ｋｗｈの値を得た。これに対し、この発明の方法およびその装置を適用しない場合は、８．７０ｇ／ｋｗｈである。一方、NOｘPM法の規制値は、車両総重量3.5ton以上の自動車では、５．９ｇ／ｋｗｈであるので、この発明は、規制値をクリアする効果を得ている。
【００３８】
上述した実施例においては、吸気系への接続箇所１７および排気系からの分岐箇所１６は、それぞれ、自動車のエンジンルームがある前部と、排気口１２のある後部に置いた。これにより、排気系からの分岐箇所１６から吸気系への接続箇所１７までの排気ガス再循環通路１５の長さが６ｍ程度になるので、さらに、排気ガス再循環通路１５による空冷の効果が加わり、吸気系への接続箇所１７に至るころには、排気ガスの温度は１００℃程度に下がり、さらに十分な量の排気ガスを再循環させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の騒音防止装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：NOｘ低減装置
２：自動車エンジン
３：吸気口  ４：吸気管  ５：スロットル弁
６：インテークマニホールド
６a：第１の気筒にいたるマニホールド
６b：第２の気筒にいたるマニホールド
６c：第３の気筒にいたるマニホールド
６d：第４の気筒にいたるマニホールド
７：騒音防止装置
８：エグゾーストマニホールド
９：触媒コンバータ
１０：サイレンサー
１１：黒鉛除去装置
１２：排気口
１３：サージタンク
１４：排気通路
１５：排気ガス再循環通路
１５a：第１の気筒のための排気ガス再循環通路
１５b：第２の気筒のための排気ガス再循環通路
１５c：第３の気筒のための排気ガス再循環通路
１５d：第４の気筒のための排気ガス再循環通路
１６：排気系からの分岐箇所
１７：吸気系への接続箇所
１７a：第１の気筒のための吸気系への接続箇所
１７b：第２の気筒のための吸気系への接続箇所
１７c：第３の気筒のための吸気系への接続箇所
１７d：第４の気筒のための吸気系への接続箇所
７０：脈動防止板（邪魔板）
【図１】
2006083777.tif 000003
【図２】
2006083777.tif 000004
【図３】
2006083777.tif 000005